1. 炭化ケイ素の結晶構造と多型性
1.1 立方体および六角形のポリタイプ: 3Cから6Hまで、そして過去
(炭化ケイ素セラミックス)
炭化ケイ素 (SiC) 四面体同期で構成されたシリコンと炭素原子で構成される共有結合セラミックです, 材料科学における多型性の最も複雑なシステムの 1 つを作成する.
孤立した安定した結晶骨格を持つ多くの陶磁器とは異なります。, SiCは以上に存在します 250 よく知られたポリタイプ– c軸に沿った最密充填Si-C二重層の明確な積層シーケンス– 立方晶系 3C-SiC から変化 (β-SiCとも呼ばれる) 六方晶系6H-SiCおよび菱面体晶系15R-SiCまで.
デザイン アプリケーションで使用される最も一般的なポリタイプの 1 つは 3C です。 (キュービック), 4H, そして6H (どちらも六角形), それぞれが少しずつ異なる電子バンド構造と熱伝導率を示しています.
3C-SiC, 亜鉛ブレンデフレームワークを採用, バンドギャップが最も狭い (～ 2.3 eV) 通常、半導体ツール用のシリコン基板上に拡張されます。, 一方、4H-SiC は優れた電子柔軟性を提供し、高出力電子デバイスに好まれています。.
Si の強固な共有結合と方向性の性質– Cボンドによる優れた堅牢性, 熱セキュリティ, 滑りや化学的攻撃に対する耐性, SiC は極限環境用途に最適です.
1.2 問題, ドーピング, とデジタルレジデンス
構造が複雑であっても、, SiC をドープして n 型と p 型の両方の導電性を実現可能, 半導体デバイスへの使用を可能にする.
窒素とリンは汚染物質として機能します, 電子を透過帯域に直接導入, 一方、軽量アルミニウムとホウ素はアクセプタとして機能します。, 価電子帯に正孔を生成する.
それにもかかわらず、, p型ドーピング効率は高い活性化力によって制限される, 特に4H-SiCでは, これはバイポーラツールのレイアウトに障害をもたらします.
ネジの位置ずれなどの自然欠陥, マイクロパイプ, 積み重ねたミスは、再結合機能や漏れ経路として機能するため、工具の性能を低下させる可能性があります。, 電子アプリケーション向けの一流の単結晶開発が求められている.
広大なバンドギャップ (2.3– 3.3 ポリタイプに応じた eV), 高故障電気分野 (～ 3 MV/cm), 優れた熱伝導性 (～3– 4 4H-SiC用W/m・K) SiC は高温においてシリコンよりもはるかに優れています, 高電圧, および高周波パワーエレクトロニクス.
2. 取り扱いと微細構造設計
( 炭化ケイ素セラミックス)
2.1 焼結および緻密化技術
炭化ケイ素は、共有結合が強く、自己拡散係数が低いため、本来、高密度化が困難です。, 添加剤を使用せず、または焼結の助けをほとんど使わずに完全な密度を達成するには、革新的な加工技術が必要です.
ホウ素と炭素の強化により、サブミクロンのSiC粉末の無加圧焼結が可能, 酸化物層を除去し、固体状態の拡散を促進することで高密度化を促進します。.
家庭暖房時に温押しにより一軸圧力を加えます。, 低い温度レベルでの完全な高密度化が可能 (～1800– 2000 ℃ )きめの細かい生成, デバイスの削減や装着部品に最適な高強度部品.
大きな形状や複雑な形状の場合, レスポンスボンディングを使用, ここで、多孔質カーボンプリフォームに溶融シリコンが浸透します。 1600 ℃, 限界収縮を伴ったその場でのβ-SiCの生成.
それにもかかわらず、, 残りの費用のかからないシリコン (～5– 10%) 微細構造に残る, 高温効率と耐酸化性が上記に制限される 1300 ℃.
2.2 積層造形とニアネットシェイプの製造
積層造形における現在の画期的な進歩 (午前), 特に、SiC粉末またはプレセラミックポリマーを使用したバインダージェッティングおよびステレオリソグラフィー, 従来のアプローチでは以前は達成できなかった複雑な形状の製造が可能になります.
ポリマー由来のセラミックでは (PDC) ルート, 流体 SiC 前駆体は 3D プリンティングによって形成され、加熱して熱分解されてアモルファスまたはナノ結晶 SiC が生成されます。, 一般的にはさらなる高密度化が必要です.
これらの技術により、加工価格と製品廃棄物が削減されます。, SiC を航空宇宙分野でさらに利用できるようにする, 核, 複雑なレイアウトが効率を向上させる温熱交換器アプリケーション.
化学蒸気浸透などの後処理アクション (CVI) または液体シリコンの浸出 (LSI) 密度と機械的安定性を向上させるために利用されることもあります.
3. 機械式, 熱, と環境効率
3.1 強さ, 硬度, と使用耐性
炭化ケイ素は最も認識されにくい製品にランクされます, モース硬度は ~ 9.5 ビッカース硬度を上回る 25 成績平均点, 摩耗に対する耐性が高い, 崩壊, そして削る.
その曲げ強さは一般に次の範囲です。 300 に 600 MPa, 加工アプローチと粒度に依存する, 最高の温度でも靭性を維持します。 1400 不活性雰囲気では°C.
破壊強度, 控えめながら (～3– 4 MPa・m 1ST/TWO), 多くの建築用途には十分です, 特にセラミックマトリックス複合材料の繊維サポートと統合された場合 (CMC).
SiCベースのCMCはタービンブレードに利用されています, 燃焼器ライニング, およびブレーキシステム, 重量コストを削減できる場合, ガス効率, 金属同等品よりも長い耐用年数を実現.
優れた耐摩耗性により、SiC はシールに最適です, ベアリング, ポンプ要素, そして弾道シールド, 極度の機械的負荷下での耐久性が重要な場合.
3.2 熱伝導性と酸化防止性
SiC の最も有用な住宅用または商業用特性の 1 つは、その高い熱伝導率です。– 約 490 W/m・K 単結晶 4H-SiC および ~ 30– 120 多結晶タイプの場合はW/m・K– 多くの金属を超え、効率的な放熱を可能にします。.
この住宅地はパワーエレクトロニクスにおいて重要です, SiC デバイスは、シリコンベースのガジェットよりも廃熱の発生がはるかに少なく、より高い電力密度で動作できます。.
酸化環境における高温レベルで, SiCは保護シリカを生成します (SiO₂) さらなる酸化を軽減する層, ～と同じくらい環境に優しい耐久性を提供します 1600 ℃.
それにもかかわらず、, 水蒸気が豊富な大気中で, この層はSiとして揮発する可能性があります(おお)₄, 劣化が促進される– ガスタービン用途における重要な課題.
4. エネルギーにおける先進的な応用, 電子機器, および航空宇宙
4.1 パワーエレクトロニクスデバイスおよび半導体ガジェット
炭化ケイ素は、ショットキー ダイオードなどのガジェットの使用を可能にし、パワー エレクトロニクスを変革しました。, MOSFET, より高い電圧で動作する JFET, 周波数, シリコンマッチングよりも温度が低い.
これらのツールは電気自動車のエネルギー損失を削減します, 再生可能エネルギーインバータ, および商用電気モータードライブ, 世界的な電力効率の向上に貢献.
以上のジャンクション温度レベルで動作する能力 200 °C により冷却システムが合理化され、システムの信頼性が向上します.
さらに, SiCウェハは窒化ガリウムの基板として利用されています (GaN) 高電子移動度トランジスタのエピタキシー (HEMT), 両方のワイドバンドギャップ半導体の利点を統合.
4.2 核, 航空宇宙, および光学機器
原子力発電所では, SiC は事故に強い燃料被覆管の重要な要素です, 中性子吸収断面積が減少した場合, 放射線耐性, 高温靭性により、安全性とセキュリティ、効率性が向上します。.
航空宇宙分野, SiC 繊維強化複合材料は、軽量で熱安定性があるため、ジェット エンジンや極超音速車に使用されています。.
さらに, 超平滑な SiC ミラーは、剛性と密度の比率が高いため、望遠鏡の前に使用されます。, 熱安定性, サブナノメートルの粗さまでの研磨性.
要約すれば, 炭化ケイ素セラミックスは現代の先端材料の要となる, 優れたメカニカルを組み合わせた, 熱, およびデジタル資産.
ポリタイプの特定の制御による, 微細構造, と取り扱い, SiC は引き続き電力分野の技術革新を可能にします, 輸送, 極限設定エンジニアリング.
5. サプライヤー
TRUNNANO は、球状タングステン粉末のサプライヤーです。 12 ナノビルディングの省エネルギーとナノテクノロジー開発における長年の経験. クレジットカードによる支払いを受け付けます, T/T, ウエストユニオンとペイパル. Trunnano は FedEx を通じて海外の顧客に商品を発送します, DHL, 飛行機で, または海によって. 球状タングステン粉について詳しく知りたい方はこちら, お気軽にお問い合わせください。([email protected]).
タグ: 炭化ケイ素セラミック,炭化ケイ素セラミックス製品, 産業用セラミック
すべての記事と写真はインターネットからのものです. 著作権上の問題がある場合, 削除するには時間内にご連絡ください.
お問い合わせください